Proteinstruktur samt Hemoglobin

Transkript

1 Proteinstruktur samt Hemoglobin Biochemistry Kapitel 2 Kapitel 3 Structure and Function of the Human Body Kapitel 12 Proteinstrukturer Primärstruktur - ordningen på aminosyrorna (peptidbindningen) Sekundärstruktur - veckningen av proteinets ryggrad (vätebindningar inom ryggraden) Tertiärstruktur den tre-dimensionella veckningen av hela polypeptidkedjan (bindningar mellan sidokedjorna) Kvartärstruktur - subenheternas interaktion i ett protein (bindningar mellan sidokedjorna) HF Fig 2.1 Jan-Olov Höög 1

2 Peptidbindningen: cis och trans Normalt förekommer peptidbindningen i transställning för att sidogrupperna (R) ej ska hindra varandra steriskt (i rymden) Cis och trans vid dubbelbindningar Cis Trans Krafter som håller samman ett protein Hydrofob interaktion Jonbindningar Vätebindningar Van der Waals krafter Disulfidbindningar Peptidbindningar Jan-Olov Höög 2

3 Hydrofob interaktion En kraft, där två molekyler i en vattenlösning hålls ihop för att de har hydrofoba (vattenskyende) ytor som det omgivande vattnet inte vill samverka med. De hydrofoba ytorna kan inte interagera kemiskt med det polära vattnet, och binder därför till andra hydrofoba, opolära ytorna. Vätebindningar Attraktionskraft mellan partiellt positivt laddat väte och t ex partiellt negativt laddat syre eller kväve Jan-Olov Höög 3

4 Jonbindning Bindning mellan två laddade joner (grupper), en negativ och en positiv jon (grupp). Jonbindningen är en elektrostatisk attraktionskraft. Van der Waals-kraft Är summan av attraktionsoch repulsionskrafter mellan två molekyler. Jan-Olov Höög 4

5 Disulfidbindningen - kovalent Två cystein-rester oxiderar och bildar en disulfidbindning. Bryts vid reduktion. HF Fig 2.9 Sekundärstruktur Inom sekundärstruktur kan tre olika sekundärstrukturselement urskiljas. All sekundärstruktur stabiliseras mha vätebindningar X reverse turn Jan-Olov Höög 5

6 Sekundärstrukturelement: alfa-helixen Sekundärstrukturelement: beta-flak Betaflak kan vara antingen antiparallella eller parallella Jan-Olov Höög 6

7 Sekundärstrukturelement: beta-böj Flera andra typer av böjar och loopar förekommer Supersekundärstruktur eller motiv Flera sekundärstrukturelement kombineras ihop till en lokal struktur Jan-Olov Höög 7

8 Tertiärstruktur Tertiärstrukturen är hela proteinets/ subenhetens veckning. Stabiliseras av hydrofob interaktion, vätebindningar, jonbindningar, van der Waals krafter och disulfidbindningen. Alla dessa krafter är mellan sidokedjorna i aminosyrorna. Kvartärstruktur Slutligen kvartärstruktur beskriver de olika subenheternas förhållande till varandra. Stabiliseras också av hydrofob interaktion, vätebindningar, jonbindningar, van der Waals krafter och disulfidbindningen. Igen, krafter mellan sidokedjorna i aminosyrorna. Jan-Olov Höög 8

9 Domänbegreppet En domän är en del av ett protein som är en funktionell enhet, och karakteriseras av att den veckas oberoende av resterande del av proteinet. domäner subenhet Felveckade proteiner Sk amyloidsjukdomar Galna kosjukan med prionproteiner Alzheimer (Ab) HF Fig 2.13 Jan-Olov Höög 9

10 Hemoglobin ett välstuderat protein Tetramert protein, dvs 4 subenheter Två -kedjor och två -kedjor ( -globin och -globin) Varje kedja innehåller en hemgrupp Varje hem binder en Fe 2+ O 2 binder till Fe 2+, dvs 4 O 2 per HbA Hemoglobin i erytrocyten Jan-Olov Höög 10

11 Hemoglobin i systemet Hemoglobin i systemet (2) Från systematiska anatomin Jan-Olov Höög 11

12 Hem i Hb Hem (protoporfyrin) är en prostetisk grupp, dvs den binder starkt till Hb Hem binder i en hydrofob ficka Fe 2+ koordinerar sex atomer, 4 till hem, en till proteinkedjan och den sjätte till O 2 Rörelse i Hb-molekylen Hela Hb-molekylen ändrar form då O 2 binder Man talar ibland om T- (tense) och R- (relaxed) former av Hb T (tense) motsvarar deoxyhb (inget O 2 bundet) R (relaxed) motsvarar oxyhb (O 2 bundet) Jan-Olov Höög 12

13 Rörelse i Hb-molekylen (2) Hb är ett allostert reglerat protein O 2 verkar kooperativt Allosteri binder på annan plats Flera subenheter som påverkar varandra Ger sigmoidal mättnadskurva O 2 verkar kooperativt, dvs det blir lättare och lättare för O 2 att binda då jonbindningar bryts mellan subenheterna Jan-Olov Höög 13

14 O 2 som alloster aktivator (kooperativitet) O 2 verkar kooperativt, dvs det blir lättare och lättare för O 2 att binda då jonbindningar bryts mellan subenheterna HF Fig 3.6 Rörelsen underlättar bindning av O 2 Jan-Olov Höög 14

15 Hb:s funktion (1) Tar upp O 2 i lungan kooperativitet. Jämför myoglobin, endast en subenhet och är ej allostert reglerat Avlämnar O 2 i cellen Påverkas av H +, CO 2, 2,3- BPG (bifosfoglycerat) och temp så att O 2 avges lättare När Hb återkommer till lungan avges CO 2, 2,3- BPG samt H + HF Fig 3.7 Hb:s funktion (2) Jämför myoglobin, en subenhet med Hb Hb påverkas av H +, CO 2 och 2,3-BPG En 2,3-BPG binder över betasubenheterna, H + binder till Hisrester och CO 2 binder till N- terminalerna HF Fig 3.5 Jan-Olov Höög 15

16 Hb:s funktion (3) Kapillärerna måste kunna utvidga sig för att erytrocyten ska kunna leverera O 2 ellerna NO anses fylla den funktionen Den sk Bohr-effekten påverkar Hb ph påverkar Hbs förmåga att binda O 2 Jämför även skillnaderna mellan Hb och myoglobin (Mb) HF Fig 3.8 Jan-Olov Höög 16

17 Hb:s transport av CO 2 CO 2 binder till N-terminalen Olika varianter av Hb Normalt Hb HbA (adult) Fetalt Hb HbF Fetalt Hb har 2 -kedjor och 2 - kedjor HbF har högre affinitet för O 2 än HbA Flera varianter finns, även vi som vuxna har ofta andra varianter i små mängder Jan-Olov Höög 17

18 Fetalt hemoglobin - HbF Sjukdomsvariant av Hb - HbS Detta medför att HbS kladdar ihop i deoxystadiet, dvs då O 2 inte är bundet Detta innebär i sin tur att den erytrocyten får en sickelaktig form HbS sickel cell anemi (anemi blodbrist) En punktmutation i -globin genen ger ett utbyte Glutamat8Valin Jan-Olov Höög 18

19 HbS klumpar ihop sig vilket ger cellen dess form Summering Proteinstruktur med Primärstruktur peptidbindningen Sekundärstruktur vätebindningar Tertiärstruktur 3D strukturen Kvartätstruktur -flera subenheter Hemoglobin som exempelprotein Tetramert transportprotein Strikt reglerad transport Bohreffekten Olika varianter Jan-Olov Höög 19